Le laser à la rescousse des communications spatiales longue distance (et de qualité)

28 mars 2021 à 20h00
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© Pexels / Enric Cruz López

Des chercheurs de l’université de technologie de Chalmers, en Suède, ont mis au point une nouvelle technologie de communication par laser qui pourrait révolutionner le domaine spatial. 

Actuellement, les communications longue distance dans l’Espace sont effectuées par signaux radio. À l’instar de toutes les ondes électromagnétiques, ces derniers se diffractent et s’élargissent au cours de leur voyage, donnant parfois des rendus de pauvre qualité. 

Des signaux radio qui nécessitent d’être amplifiés

Comme l'on peut le lire dans l'étude scientifique parue dans la revue Light: Science & Applications : « Les communications spatiales pour les missions dans l'Espace lointain, le transfert de données intersatellites et la surveillance de la Terre nécessitent une connectivité de données à haut débit. La portée est fondamentalement dictée par la puissance de transmission disponible, la taille de l'ouverture et la sensibilité du récepteur. Le passage des liaisons radiofréquences aux liaisons optiques est désormais sérieusement envisagé, car il permet de réduire considérablement l'affaiblissement des canaux dû à la diffraction. »

L’un des co-auteurs de cette étude, Peter Andrekson, explique qu’un faisceau radio émis de la Lune vers la Terre « divergerait généralement de la taille d'un continent ». Ainsi, une parabole de très grande taille est nécessaire pour capturer un signal radio venant d’un endroit (relativement) éloigné comme Mars.

Les récepteurs les plus larges détenus par la NASA mesurent par exemple 70 mètres. Si la lumière s’élargit elle aussi lorsqu’elle voyage, elle le fait de manière bien moins importante que les signaux radio. Un faisceau laser projeté depuis la Lune à la Terre divergerait, lui, « dans un rayon de deux kilomètres environ ». 

Avec la communication laser, les récepteurs ne mesurent que 20 centimètres. En outre, cette technologie permettrait de transporter bien plus d’informations que des signaux radio, le tout en meilleure qualité. Ils sont toutefois transmis avec moins de puissance : une fois reçus, leur traitement nécessite un niveau d’amplification très conséquent. Malheureusement, les amplificateurs utilisés à l’heure actuelle ajoutent un « bruit » déformant aux informations transmises. 

Premier test réussi

C’est ici que les travaux des scientifiques entrent en jeu. Ils ont mis au point un récepteur fondé sur la technique dite d’« amplification sensible à la phase ». Cette dernière manipule les interactions entre les photons pour amplifier un signal entrant sans en réduire la qualité. Afin de tester l’efficacité de ce récepteur, ils l’ont essayé dans un laboratoire imitant le vide spatial, tout en ajoutant la diffraction pour simuler la distance. 

Le système, qui fonctionne à température ambiante, est ainsi parvenu à recevoir des informations à un débit de 10,5 gigabits d'informations par seconde sans qu’aucun bruit ne soit venu parasiter les données. S'il était davantage développé, un tel dispositif aurait un réel effet sur les communications spatiales lointaines, que ce soit entre les satellites, les sondes et la Terre, mais également dans l’optique de futurs voyages habités vers Mars.

Désormais, les chercheurs doivent trouver un moyen de contrecarrer la distorsion causée par l’atmosphère terrestre lorsque les signaux la traversent. 

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